專利名稱:一種降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構，包括陰極炭塊、兩根平行的炭塊外陰極導電棒、兩根平行的炭塊內陰極導電棒和搗固糊，該新型陰極結構對傳統(tǒng)陰極炭塊外陰極導電棒進行重新設計和改進，通過植入高電導率的材質、增加炭塊外陰極導電棒截面積或縮減炭塊外陰極導電棒長度，從而減小炭塊外陰極導電棒的電阻，使電解槽爐底壓降低，以實現(xiàn)鋁電解節(jié)能降耗的目的，且新型陰極結構改進成本低，加工簡便，易于實現(xiàn)和應用。
【專利說明】一種降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種降低鋁電解槽爐底壓降的新型陰極結構，屬于鋁電解【技術領域】。

【背景技術】
[0002]我國已成為世界第一大電解鋁生產國，2013年產能達到3000萬噸以上，年消耗電量4000億度，約占全國年發(fā)電總量的5%?6%，相當于標準煤1.2億噸，槽電壓每降低10mV，噸鋁電耗可以降低35kWh。隨著國家節(jié)能減排、階梯電價政策的不斷推進，電解鋁工業(yè)作為高耗能產業(yè)，節(jié)能降耗已成為電解鋁企業(yè)和科研人員關注的焦點，直接關系著企業(yè)的經濟效益和生存能力。
[0003]鋁電解槽的爐底壓降(即陰極電壓降)是指電解槽內鋁液至陰極導電棒末端的電壓降，以當前工業(yè)大型預焙槽為例，一般爐底壓降為250?450mV。這其中包括陰極炭塊本體壓降、鋼棒壓降以及炭塊與鋼棒糊的接觸壓降。然而，在炭塊外陰極鋼棒的壓降占整個爐底壓降的30?40%，其值甚至達到10mV以上。在炭塊本體壓降和炭塊與鋼棒的接觸壓降確定的情況下，爐底壓降的降低就取決于陰極導電棒電壓降的減小。
實用新型內容
[0004]針對現(xiàn)有技術中鋁電解槽的外陰極鋼棒壓降占整個爐底壓降的比重較大，存在著能量損耗大的問題，本實用新型提供了一種能有效降低鋁電解槽的爐底壓降的新型陰極結構，且該新型陰極結構成本低、改造簡便、易于實現(xiàn)和應用。
[0005]本實用新型提供了一種降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構，包括陰極炭塊、兩根平行的炭塊外陰極導電棒、兩根平行的炭塊內陰極導電棒和搗固糊，設置炭塊外陰極導電棒橫截面大小為250?420cm2，和/或設置炭塊外陰極導電棒的長度為34?38cm，和/或在外陰極導電棒內部植入高導電率金屬塊體。
[0006]本實用新型的降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構還包括以下優(yōu)選方案:
[0007]優(yōu)選的方案中兩根炭塊外陰極導電棒之間通過焊接嵌入實心長方體高導電率金屬塊體，或者在兩個炭塊外陰極導電棒之間平行焊接若干塊高導電率金屬軟連接片。通過在兩根炭塊外陰極導電棒之間焊接高導電率金屬塊體或者焊接高導電率金屬軟連接片，來增大傳統(tǒng)炭塊外陰極導電棒的橫截面，也可以在鑄造過程中將炭塊外陰極導電棒相對傳統(tǒng)炭塊外陰極導電棒的截面增大。
[0008]優(yōu)選的方案中高導電率金屬由銀、銅、鋁、鐵中的一種或幾種材料構成。
[0009]優(yōu)選的方案中設置炭塊外陰極導電棒橫截面大小為280?360cm2。
[0010]優(yōu)選的方案中設置炭塊外陰極導電棒的長度為37?40cm
[0011]優(yōu)選的方案中陰極炭塊與炭塊外陰極導電棒之間的側面縫隙寬度為I?20mm。優(yōu)選的方案中當炭塊外陰極導電棒截面積增大后，陰極炭塊與炭塊外陰極導電棒之間的側面縫隙可以直接保留，也可以由搗固糊或磷生鐵填充或部分填充。
[0012]本實用新型的炭塊外陰極導電棒的改進實用于各種鋁電解槽，如新建槽、大修槽或在產槽。
[0013]對于新建槽和大修槽的炭塊外陰極導電棒的改進優(yōu)選的方案為通過以高導電率金屬(包括銀、銅、鋁或鐵中的一種或幾種)來替換傳統(tǒng)的鋼質材料，或者在炭塊外陰極導電棒內部植入導電金屬塊體，通過提高炭塊外陰極導電棒的導電率來降低鋁電解槽的爐底的壓降；或者是通過增加炭塊外陰極導電棒的截面積的大小來降低炭塊外陰極導電棒的電阻，以實現(xiàn)鋁電解槽的爐底的壓降；或者是通過減小整個炭塊外陰極導電棒的長度來降低炭塊外陰極導電棒的電阻，以實現(xiàn)鋁電解槽的爐底的壓降；或者通過上述方案的任意兩種以上的組合來實現(xiàn)降低鋁電解槽的爐底的壓降。
[0014]對于在產槽的炭塊外陰極導電棒的改進優(yōu)選的方案為通過增加炭塊外陰極導電棒的截面積的大小來降低炭塊外陰極導電棒的電阻，實現(xiàn)鋁電解槽的爐底的壓降，即在兩平行炭塊外陰極導電鋼棒之間焊接金屬導電塊體或若干金屬導電軟片。
[0015]本實用新型通過對炭塊外陰極導電棒的改進，與傳統(tǒng)陰極鋼棒相比具備如下優(yōu)點:由于對炭塊外導電棒進行改變材質(嵌入高導電率材質)、擴大截面積或縮短長度等處理，且增加了炭塊與導電棒的接觸面積，減低炭塊外導電棒出口的電流密度，減小外導電棒的電阻，從而實現(xiàn)降低爐底電壓降，減小鋁電解的電耗，而且導電棒加工簡單，便于推廣應用。

【附圖說明】

[0016]【圖1】為傳統(tǒng)的陰極結構的剖面圖；
[0017]【圖2】為相對傳統(tǒng)的陰極導電棒而增大炭塊外陰極導電棒截面積，同時減小炭塊外陰極導電棒長度和嵌入高導電率金屬塊體的陰極結構的剖面圖；
[0018]【圖3】為傳統(tǒng)的陰極結構的左視截面圖；
[0019]【圖4】為相對傳統(tǒng)的陰極導電棒增大炭塊外陰極導電棒截面積，同時減小炭塊外陰極導電棒長度和嵌入高導電率金屬塊體的陰極結構的左視截面圖；
[0020]【圖5】為相對傳統(tǒng)的陰極導電棒在兩外鋼棒之間焊接高導電率金屬塊體的新型陰極結構左視截面圖；
[0021]【圖6】為相對傳統(tǒng)的陰極導電棒在兩外鋼棒之間焊接高導電率金屬軟連接片的新型陰極結構左視截面圖；
[0022]其中，I為陰極炭塊，2為炭塊外陰極導電棒，3為炭塊內陰極導電棒，4為搗固糊，5為實心長方體高導電率金屬塊體，6為導電金屬軟連接片，7為高導電率金屬塊體。

【具體實施方式】
[0023]以下實施例結合附圖對本實用新型作進一步說明，而不是限制本實用新型權利要求保護的范圍。
[0024]實施例1
[0025]如圖2、圖4所示是本發(fā)明對于新建槽或大修槽所采用的降低鋁電解槽爐底壓降的新型陰極結構的示意圖，陰極炭塊I的總長度3000?4000mm，寬400?700mm，高400?600mm，陰極炭塊I的底部沿長度方向開有兩條燕尾槽，與之對應每條燕尾槽內有一根通長的炭塊內導電棒3和長度縮短且植入高導電率金屬塊體7的炭塊外陰極導電體棒2組成，炭塊外陰極導電體棒2與炭塊I之間的縫隙可選擇用炭糊搗固或磷生鐵澆注4進行填充，縫隙寬度為I?20mm。此種結構減小炭塊外陰極導電棒的電阻，增加了炭塊與導電棒的接觸面積(達到320cm2)，從而實現(xiàn)降低爐底電壓降，與使用傳統(tǒng)陰極鋼棒的爐底壓降相比，可降低60?70mV，減小鋁電解的電耗。
[0026]實施例2
[0027]對于新建槽或大修槽所采用的降低鋁電解槽爐底壓降的新型陰極結構，由I 一陰極炭塊，2 —炭塊外陰極導電棒，3 —炭塊內陰極導電棒，4 一炭糊搗固或磷生鐵澆注而成。陰極炭塊I的總長度3000?4000mm，寬400?700mm，高400?600mm，陰極炭塊I的底部沿長度方向開有兩條燕尾槽，與之對應每條燕尾槽內有一根通長的炭塊內陰極導電棒3和加高加寬型炭塊外陰極導電棒2組成(截面積較傳統(tǒng)陰極鋼棒擴大到12cmX 27cm)，加高加寬的炭塊外陰極導電棒2與炭塊I之間的縫隙可選擇用炭糊搗固或磷生鐵4進行填充，縫隙寬度為I?20mm。此種結構擴大了炭塊外陰極導電棒的截面積，減小炭塊外導電棒的電阻，增加了炭塊與導電棒的接觸面積，從而實現(xiàn)降低爐底電壓降，與使用傳統(tǒng)陰極鋼棒的爐底壓降相比，可降低40?50mV，降低了鋁電解能耗。
[0028]實施例3
[0029]如圖5所示是本發(fā)明對在產槽所采用的降低鋁電解槽爐底壓降的新型陰極結構的示意圖，由I 一陰極炭塊，2 —炭塊外陰極導電棒，3 —炭塊內陰極導電棒，4 一炭糊搗固或磷生鐵澆注而成。本實施例中，陰極炭塊I的總長度3000?4000mm，寬400?700mm，高400?600_，將陰極炭塊I外同側平行的陰極導電棒2采用高導電率的金屬體焊接為一個整體的炭塊外陰極導電體，金屬體材質可以選用高電導率的Ag、Cu、Al、Fe中一種或多種組成，以增加炭塊外陰極導電棒2的截面積到340cm2左右，外陰極導電體2與炭塊I之間的縫隙可選擇用炭糊搗或磷生鐵4填充，縫隙寬度為I?20_。此種結構擴大了外陰極導電體出口的截面積，減小炭塊外導電體的電阻，從而實現(xiàn)降低爐底電壓降，與使用傳統(tǒng)陰極鋼棒的爐底壓降相比，可降低40?50mV，降低了鋁電解能耗。
[0030]實施例4
[0031]如圖6是本發(fā)明對在產槽所采用的降低鋁電解槽爐底壓降的新型陰極結構的示意圖，由I 一陰極炭塊，2 —炭塊外陰極導電棒，3 —炭塊內陰極導電棒，4 一炭糊搗固或磷生鐵澆注而成。本實施例中，陰極炭塊I的總長度3000?4000mm，寬400?700mm，高400?600_，將陰極炭塊I外同側平行的陰極導電棒2采用金屬軟連接片一層一層的焊接成一個整體的炭塊外陰極導電體，金屬軟連接片材質可以選用高電導率的Fe、Cu、Al中一種或多種組成，以增加炭塊外陰極導電體2的截面積到300cm2左右，外陰極導電體2與炭塊I之間的縫隙可選擇用炭糊搗或磷生鐵4填充，縫隙寬度為I?20_。此種結構擴大了外陰極導電體出口的截面積，減小炭塊外導電體的電阻，從而實現(xiàn)降低爐底電壓降，與使用傳統(tǒng)陰極鋼棒的爐底壓降相比，可降低30?50mV，降低了鋁電解能耗。
【權利要求】
1.一種降低鋁電解槽爐底壓降的陰極結構，包括陰極炭塊(I)、兩根平行的炭塊外陰極導電棒(2)、兩根平行的炭塊內陰極導電棒(3)和搗固糊(4)，其特征在于，設置炭塊外陰極導電棒(2)橫截面大小為250?420cm2，和/或設置炭塊外陰極導電棒(2)的長度為34?38cm，和/或在外陰極導電棒(2)內部植入高導電率金屬塊體(7)。2.如權利要求1所述的陰極結構，其特征在于，在兩根平行的炭塊外陰極導電棒(2)之間通過焊接嵌入實心長方體高導電率金屬塊體(5)，或者在兩個炭塊外陰極導電棒(2)之間平行焊接若干塊高導電率金屬軟連接片(6)。3.如權利要求1或2所述的陰極結構，其特征在于，所述的高導電率金屬由銀、銅、鋁、鐵中的一種材料構成。4.如權利要求1所述的陰極結構，其特征在于，設置炭塊外陰極導電棒(2)橫截面大小為 280 ?360cm2 ο5.如權利要求1所述的陰極結構，其特征在于，設置炭塊外陰極導電棒(2)的長度為37 ?40cm。6.如權利要求1所述的陰極結構，其特征在于，所述的陰極炭塊(I)與炭塊外陰極導電棒(2)之間的側面縫隙寬度為I?20mmo
【文檔編號】C25C3-08GK204298472SQ201420700701
【發(fā)明者】呂曉軍, 許真銘, 曾小鵬, 李劼 [申請人]中南大學